سختی فولاد یکی از مهم ترین ویژگی های مکانیکی این آلیاژ است که تاثیر مستقیمی بر مقاومت در برابر سایش، دوام قطعات و عملکرد تجهیزات صنعتی دارد. از قطعات ساده ساختمانی گرفته تا چرخ دنده ها، ابزارهای برشی و ماشین آلات سنگین، میزان سختی فولاد نقش تعیین کننده ای در انتخاب مواد اولیه و طول عمر قطعات ایفا می کند. با این حال، سختی بیشتر همیشه به معنای کیفیت بالاتر نیست و انتخاب فولاد باید متناسب با نوع کاربرد و شرایط کاری آن انجام شود.
سختی فولاد به عوامل مختلفی مانند میزان کربن، عناصر آلیاژی، ساختار میکروسکوپی و عملیات حرارتی بستگی دارد. همچنین برای اندازه گیری آن از آزمون های استانداردی مانند راکول، برینل و ویکرز استفاده می شود. شناخت این عوامل و روش ها به مهندسان، تولیدکنندگان و خریداران محصولات فولادی کمک می کند تا مناسب ترین نوع فولاد را برای کاربرد مورد نظر خود انتخاب کنند.
در ادامه، ضمن بررسی مفهوم سختی فولاد و عوامل موثر بر آن، با انواع سختی، روش های اندازه گیری، جدول سختی انواع فولاد و راهکارهای افزایش سختی آشنا می شویم.
میزان سختی و نوع آلیاژ از عوامل مهم در انتخاب فولاد مناسب هستند و بررسی این ویژگی ها در کنار قیمت روز فولاد می تواند به خریدی هوشمندانه و مقرون به صرفه کمک کند.
سختی فولاد (Steel Hardness) به میزان مقاومت سطح فولاد در برابر تغییر شکل پلاستیک موضعی، به ویژه نفوذ یک جسم سخت تر، گفته می شود. به زبان ساده، هرچه ایجاد فرورفتگی روی سطح فولاد دشوارتر باشد، سختی آن بیشتر است. این ویژگی یکی از معیارهای مهم برای بررسی مقاومت سطحی، کیفیت ساخت و عملکرد قطعات فولادی محسوب می شود.
برای مثال، فولادی که در ساخت تیغه های برش استفاده می شود، باید سختی کافی برای حفظ لبه برنده داشته باشد. در مقابل، فولاد مورد استفاده در برخی سازه های ساختمانی علاوه بر مقاومت مناسب، باید شکل پذیری و چقرمگی کافی داشته باشد تا در برابر بارهای مختلف عملکرد مطلوبی نشان دهد.
سختی فولاد با استفاده از مقیاس هایی مانند راکول (HRC و HRB)، برینل (HBW) و ویکرز (HV) بیان می شود. هر کدام از این مقیاس ها روش مشخصی برای اندازه گیری مقاومت فولاد در برابر نفوذ دارند.
نکته مهم این است که سختی فولاد با سختی پذیری آن تفاوت دارد. سختی به میزان مقاومت فولاد در برابر ایجاد فرورفتگی اشاره می کند، اما سختی پذیری نشان می دهد فولاد تا چه عمقی می تواند در اثر عملیات سخت کاری، ساختار سختی مانند مارتنزیت تشکیل دهد. بنابراین ممکن است دو فولاد سختی سطحی مشابهی داشته باشند، اما میزان سختی در عمق آن ها متفاوت باشد.
سختی فولاد یک ویژگی ثابت و یکسان برای تمام گریدهای فولادی نیست. حتی دو قطعه با ترکیب شیمیایی مشابه نیز ممکن است به دلیل تفاوت در شرایط تولید و عملیات حرارتی، سختی متفاوتی داشته باشند.
مهم ترین عوامل موثر بر سختی فولاد شامل ترکیب شیمیایی، مقدار کربن، عناصر آلیاژی، سرعت سرد شدن، عملیات حرارتی، میزان تغییر شکل سرد و ساختار میکروسکوپی هستند. همچنین اندازه دانه ها و نحوه توزیع فازهای مختلف در ساختار فولاد می توانند بر سختی نهایی تاثیر بگذارند.
کربن یکی از اصلی ترین عناصر تعیین کننده سختی فولاد است. به طور کلی، افزایش مقدار کربن می تواند سختی بالقوه فولاد، به ویژه سختی مارتنزیت تشکیل شده در عملیات کوئنچ را افزایش دهد. به همین دلیل، فولادهای پرکربن معمولا قابلیت دستیابی به سختی بالاتری نسبت به فولادهای کم کربن دارند.
برای مثال، فولادهای کم کربن با مقدار کربن کمتر از حدود ۰.۲۵ درصد معمولا شکل پذیری و جوش پذیری مناسبی دارند، اما قابلیت سخت کاری مستقیم آن ها محدود است. در مقابل، فولادهای متوسط کربن و پرکربن می توانند با عملیات حرارتی مناسب به سختی بالاتری برسند.
البته افزایش کربن ممکن است با کاهش شکل پذیری، افت چقرمگی و افزایش احتمال ترک خوردگی در شرایط مشخص همراه باشد. بنابراین انتخاب درصد کربن باید با توجه به کاربرد قطعه انجام شود.
علاوه بر کربن، عناصر آلیاژی مختلف نیز بر سختی فولاد تاثیر دارند:
در نتیجه، سختی فولاد تنها به درصد کربن وابسته نیست، بلکه ترکیب عناصر آلیاژی و ساختار نهایی ماده نیز اهمیت زیادی دارد.
عملیات حرارتی یکی از موثرترین روش های کنترل سختی فولاد است. در این فرایند، فولاد تحت چرخه مشخصی از گرم کردن، نگهداری در دمای مورد نظر و سرد کردن قرار می گیرد تا ساختار میکروسکوپی و خواص مکانیکی آن تغییر کند.
مهم ترین عملیات حرارتی موثر بر سختی فولاد عبارت اند از:
۱. سخت کاری با کوئنچ: در این روش، فولاد مناسب ابتدا تا محدوده دمای آستنیته گرم شده و سپس با سرعت کنترل شده ای سرد می شود. تشکیل مارتنزیت در جریان سرد شدن می تواند سختی فولاد را به میزان قابل توجهی افزایش دهد.
۲. تمپر کردن: این عملیات معمولا پس از کوئنچ انجام می شود. هدف آن کاهش تنش های داخلی، بهبود چقرمگی و تنظیم سختی نهایی قطعه است. در بسیاری از فولادها، تمپر باعث کاهش بخشی از سختی اولیه می شود، اما مقاومت قطعه در برابر شکست ترد را بهبود می دهد.
۳. آنیل کردن: در فرایند آنیل، فولاد با چرخه حرارتی مناسب نرم تر می شود و تنش های داخلی آن کاهش می یابد. این عملیات معمولا برای بهبود ماشین کاری و شکل پذیری استفاده می شود.
۴. نرماله کردن: این عملیات با گرم کردن فولاد تا محدوده مناسب و سرد کردن آن در هوا انجام می شود. نرماله کردن می تواند باعث یکنواخت شدن ساختار و اصلاح اندازه دانه ها شود و بسته به نوع فولاد، سختی متفاوتی نسبت به حالت آنیل ایجاد کند.
برای انتخاب عملیات حرارتی مناسب، عواملی مانند گرید فولاد، ضخامت قطعه، سرعت سرد شدن و سختی مورد نیاز باید بررسی شوند.
سختی فولاد را می توان از نظر محل اندازه گیری و نوع مقاومتی که بررسی می شود، به چند دسته تقسیم کرد. این دسته بندی به ویژه در انتخاب فولاد برای قطعات صنعتی و تعیین روش مناسب سخت کاری اهمیت دارد.
سختی سطحی: به مقاومت لایه بیرونی فولاد در برابر نفوذ و ایجاد تغییر شکل موضعی گفته می شود. سختی سطحی بالا در قطعاتی مانند چرخ دنده ها، میل بادامک و اجزای در معرض تماس و سایش اهمیت زیادی دارد.
سختی مغزی: سختی بخش داخلی قطعه فولادی را نشان می دهد. در بعضی کاربردها لازم است مغز قطعه سختی و استحکام مناسبی داشته باشد، اما در قطعات سخت کاری سطحی، ممکن است مغز نرم تر و چقرمه تر از سطح طراحی شود.
میکروسختی: به سختی اندازه گیری شده در نواحی بسیار کوچک ماده گفته می شود. این نوع اندازه گیری برای بررسی فازهای میکروسکوپی، پوشش ها، لایه های نازک و تغییرات سختی در عمق قطعات کاربرد دارد.
سختی در دمای بالا: نشان دهنده توانایی فولاد برای حفظ مقاومت در برابر تغییر شکل موضعی در دماهای بالا است. این ویژگی برای فولادهای ابزار گرم کار و قطعاتی که در معرض حرارت قرار دارند اهمیت دارد.
باید توجه داشت که این موارد، مقیاس های مستقل اندازه گیری سختی نیستند. برای مثال، سختی سطحی یا مغزی می تواند با روش راکول یا ویکرز اندازه گیری شود. در واقع، محل اندازه گیری و شرایط آزمون مشخص می کنند که چه نوع اطلاعاتی از سختی فولاد به دست می آید.
برای تعیین سختی فولاد از آزمون های مختلفی استفاده می شود که هر کدام بر اساس شکل فرورونده، میزان نیروی اعمال شده و روش اندازه گیری اثر نفوذ عمل می کنند.
از میان این روش ها، آزمون های راکول، برینل و ویکرز بیشترین کاربرد را در آزمایشگاه های کنترل کیفیت و صنایع فولادی دارند. انتخاب روش مناسب به عواملی مانند ضخامت قطعه، سختی مورد انتظار، وضعیت سطح و دقت مورد نیاز بستگی دارد.
آزمون سختی راکول
آزمون سختی راکول (Rockwell Hardness Test) یکی از پرکاربردترین روش های اندازه گیری سختی فولاد است. در این روش، یک فرورونده مشخص با اعمال نیروی اولیه و سپس نیروی اصلی وارد سطح قطعه می شود. مقدار سختی بر اساس اختلاف عمق نفوذ در شرایط استاندارد محاسبه می شود.
یکی از مهم ترین مزایای آزمون راکول، سرعت بالا و امکان خواندن مستقیم عدد سختی از دستگاه است.
دو مقیاس پرکاربرد این آزمون عبارت اند از:
آزمون راکول به دلیل سرعت مناسب، تکرارپذیری و سهولت اجرا در خطوط تولید، کنترل کیفیت قطعات و بررسی نتایج عملیات حرارتی کاربرد گسترده ای دارد.
استاندارد ASTM E18 الزامات اجرای این آزمون را مشخص می کند.
آزمون سختی برینل
آزمون سختی برینل (Brinell Hardness Test) یکی دیگر از روش های شناخته شده اندازه گیری سختی فولاد است. در این آزمون، یک ساچمه سخت، معمولا از جنس کاربید تنگستن، با نیروی مشخص به سطح قطعه فشرده می شود.
پس از برداشتن نیرو، قطر فرورفتگی ایجاد شده اندازه گیری می شود و عدد سختی برینل با توجه به نیروی اعمال شده و ابعاد فرورفتگی محاسبه می شود.
نتیجه این آزمون معمولا با نماد HBW نمایش داده می شود. برای مثال، عدد ۲۰۰ HBW بیانگر سختی برینل ۲۰۰ در شرایط مشخص آزمون است.
از مهم ترین ویژگی های آزمون برینل می توان به موارد زیر اشاره کرد:
این روش به دلیل سطح تماس بزرگ تر می تواند در برخی مواد ناهمگن، نتیجه ای نماینده تر از یک ناحیه کوچک ارائه دهد. با این حال، برای قطعات بسیار نازک یا سطوحی که نباید اثر فرورفتگی بزرگی داشته باشند، ممکن است انتخاب مناسبی نباشد.
آزمون برینل مطابق استاندارد ASTM E10 انجام می شود.
آزمون سختی ویکرز
آزمون سختی ویکرز (Vickers Hardness Test) روشی دقیق و انعطاف پذیر برای بررسی سختی فولاد و سایر فلزات است. در این روش، یک فرورونده الماسی به شکل هرم با قاعده مربع تحت نیروی مشخص به سطح نمونه فشار داده می شود.
پس از برداشتن نیرو، طول دو قطر فرورفتگی اندازه گیری شده و عدد سختی ویکرز بر اساس میانگین آن ها و مقدار نیروی اعمال شده محاسبه می شود.
عدد سختی در این روش با نماد HV نشان داده می شود.
آزمون ویکرز به دلیل امکان استفاده از نیروهای مختلف، برای بررسی سختی قطعات کوچک، لایه های سخت کاری شده و نواحی محدود ساختار فولاد مناسب است. به همین دلیل در آزمایشگاه های متالورژی، پژوهش های صنعتی و کنترل کیفیت عملیات سطحی کاربرد زیادی دارد.
برای اجرای دقیق این آزمون، آماده سازی مناسب سطح، انتخاب نیروی متناسب با نمونه و اندازه گیری صحیح فرورفتگی اهمیت زیادی دارد. استاندارد ASTM E92 الزامات این روش را بیان می کند.
جدول زیر تفاوت کلی سه روش اندازه گیری سختی فولاد را نشان می دهد:
| ویژگی | راکول | برینل | ویکرز |
| مبنای اندازه گیری | عمق نفوذ | قطر فرورفتگی | قطرهای فرورفتگی |
| نوع فرورونده | الماس یا ساچمه | ساچمه کاربید تنگستن | هرم الماسی |
| مقیاس رایج | HRC و HRB | HBW | HV |
| سرعت آزمون | بالا | متوسط | متوسط |
| کاربرد اصلی | کنترل کیفیت صنعتی | قطعات ضخیم و برخی مواد ناهمگن | قطعات کوچک و بررسی لایه های سطحی |
میزان سختی انواع فولاد با توجه به ترکیب شیمیایی، شرایط تولید و عملیات حرارتی متفاوت است. به عنوان مثال، فولادهای کم کربن معمولا در شرایط متداول تولید سختی کمتری نسبت به فولادهای ابزار سخت کاری شده دارند. در مقابل، فولادهای آلیاژی می توانند با استفاده از عملیات حرارتی مناسب به سختی بالایی برسند و برای ساخت قطعات مقاوم در برابر سایش مورد استفاده قرار گیرند.
جدول زیر سختی چند گرید پرکاربرد فولادی را در شرایط مشخص نشان می دهد:
| نوع فولاد | گرید فولاد | شرایط ماده | سختی برینل (HB یا HBW) |
| فولاد کم کربن | AISI 1018 | شرایط مرجع خواص مکانیکی | حدود ۱۲۶ |
| فولاد متوسط کربن | AISI 1045 | نرماله شده | حدود ۱۷۰ تا ۲۱۰ |
| فولاد آلیاژی کروم مولیبدن | AISI 4140 | شرایط مرجع خواص مکانیکی | حدود ۱۹۷ |
| فولاد زنگ نزن آستنیتی | AISI 304 | آنیل شده | حداکثر ۲۰۱ |
مقادیر جدول بر اساس داده های فنی منتشر شده برای گریدهای ذکر شده ارائه شده اند و نباید به عنوان سختی ثابت تمام محصولات تولید شده از این فولادها در نظر گرفته شوند.
برای مثال، فولاد 1045 پس از عملیات سخت کاری می تواند سختی بسیار بیشتری نسبت به حالت نرماله داشته باشد. همچنین فولاد 4140 بسته به شرایط کوئنچ و تمپر، ضخامت قطعه و ساختار نهایی، سختی متفاوتی خواهد داشت.
هنگام استفاده از جدول سختی فولاد، توجه به نکات زیر ضروری است:
در نتیجه، جدول سختی انواع فولاد ابزاری مناسب برای مقایسه اولیه است، اما انتخاب دقیق گرید فولادی باید بر اساس مشخصات فنی، استاندارد محصول و شرایط واقعی کاربرد انجام شود.
افزایش سختی فولاد یکی از اهداف مهم در فرایندهای تولید و آماده سازی قطعات صنعتی است. این کار می تواند به بهبود مقاومت سایشی، افزایش دوام سطح و کاهش تغییر شکل موضعی قطعات کمک کند. با این حال، روش افزایش سختی باید متناسب با ترکیب شیمیایی فولاد و ویژگی های مورد نیاز قطعه انتخاب شود.
مهم ترین روش های افزایش سختی فولاد عبارت اند از:
۱. سخت کاری با کوئنچ
در این روش، فولاد قابلیت سخت کاری ابتدا تا دمای مناسب گرم شده و سپس با سرعت مشخصی سرد می شود. در صورت فراهم بودن شرایط لازم، ساختار مارتنزیتی تشکیل می شود که سختی بالایی دارد. این روش معمولا برای فولادهای متوسط کربن، پرکربن و برخی فولادهای آلیاژی استفاده می شود.
۲. کربن دهی
کربن دهی یکی از روش های سخت کاری سطحی فولاد است که طی آن، مقدار کربن در لایه بیرونی قطعه افزایش می یابد. پس از کربن دهی و انجام عملیات حرارتی مناسب، سطح قطعه سخت شده و مغز آن می تواند چقرمگی بیشتری داشته باشد.
این روش به ویژه برای ساخت چرخ دنده ها، پین ها و قطعاتی که به سطح مقاوم در برابر سایش نیاز دارند، کاربرد دارد.
۳. نیتراسیون
در فرایند نیتراسیون، نیتروژن در شرایط کنترل شده وارد لایه سطحی فولاد می شود. این فرایند می تواند با تشکیل ترکیبات سخت و تغییر ساختار لایه سطحی، مقاومت در برابر سایش و سختی سطح را افزایش دهد.
نیتراسیون برای فولادهای آلیاژی مناسب، قطعات دقیق و برخی تجهیزات صنعتی که به سختی سطحی بالا نیاز دارند، استفاده می شود.
۴. سخت کاری القایی
در سخت کاری القایی، سطح فولاد با استفاده از میدان الکترومغناطیسی به سرعت گرم می شود و سپس با سرد کردن مناسب، لایه سطحی سخت می شود. این روش برای فولادهای دارای ترکیب شیمیایی مناسب کاربرد دارد.
از مهم ترین مزایای آن می توان به سرعت بالا، امکان کنترل ناحیه سخت کاری و حفظ نسبی خواص مغز قطعه اشاره کرد.
۵. سخت کاری شعله ای
در این روش، سطح فولاد با شعله تا دمای مناسب گرم شده و سپس سرد می شود. سخت کاری شعله ای می تواند برای افزایش سختی موضعی قطعات بزرگ و سطوح مشخص مورد استفاده قرار گیرد.
۶. کار سرد
کار سرد شامل فرایندهایی مانند نورد سرد، کشش سرد و تغییر شکل پلاستیک فلز در دمای پایین تر از دمای تبلور مجدد است. این عملیات با افزایش چگالی نابجایی ها می تواند باعث افزایش سختی و استحکام فولاد شود.
کار سرد به ویژه در فولادهای زنگ نزن آستنیتی مانند گرید 304 اهمیت دارد؛ زیرا این فولادها با عملیات کوئنچ معمولی مانند فولادهای مارتنزیتی سخت نمی شوند.
انتخاب هر یک از این روش ها باید با توجه به عمق سختی مورد نیاز، ابعاد قطعه، نوع فولاد، احتمال ایجاد اعوجاج و هزینه تولید انجام شود. در بسیاری از کاربردها، افزایش کنترل شده سختی سطحی و حفظ چقرمگی مغز قطعه، نتیجه مناسب تری نسبت به سخت کردن تمام مقطع ایجاد می کند.
سختی، استحکام و چقرمگی سه ویژگی مکانیکی مهم فولاد هستند که ارتباط نزدیکی با یکدیگر دارند، اما مفهوم آن ها یکسان نیست. شناخت تفاوت این ویژگی ها برای انتخاب فولاد مناسب و جلوگیری از خرابی قطعات صنعتی اهمیت زیادی دارد.
سختی فولاد بیانگر مقاومت ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک موضعی، به ویژه نفوذ یک جسم سخت تر به سطح آن است. این ویژگی معمولا با آزمون های راکول، برینل و ویکرز اندازه گیری می شود.
استحکام فولاد به توانایی ماده برای تحمل تنش بدون رسیدن به یک وضعیت مشخص مانند تسلیم یا شکست اشاره دارد. استحکام تسلیم و استحکام کششی دو معیار مهم برای بررسی این ویژگی هستند.
چقرمگی فولاد توانایی ماده در جذب انرژی و مقاومت در برابر شکست است. فولادی که چقرمگی مناسبی دارد، می تواند پیش از شکست انرژی قابل توجهی جذب کند.
جدول زیر تفاوت این سه ویژگی را نشان می دهد:
| ویژگی | سختی | استحکام | چقرمگی |
| مفهوم اصلی | مقاومت در برابر تغییر شکل موضعی | مقاومت در برابر تنش | توانایی جذب انرژی پیش از شکست |
| روش ارزیابی | آزمون های سختی سنجی | آزمون کشش و سایر آزمون های مکانیکی | آزمون ضربه یا بررسی رفتار تنش و کرنش |
| کاربرد مهم | قطعات در معرض تماس و سایش | قطعات باربر | قطعات در معرض ضربه و خطر شکست |
| واحد یا شاخص رایج | HRC، HBW، HV | مگاپاسکال | ژول در آزمون ضربه یا انرژی جذب شده در واحد حجم |
برای درک بهتر تفاوت این ویژگی ها، می توان یک تیغه فولادی و یک قطعه فولادی سازه ای را مقایسه کرد. تیغه برش به سختی بالایی برای حفظ لبه برنده نیاز دارد، در حالی که فولاد سازه ای باید علاوه بر استحکام، شکل پذیری و چقرمگی مناسبی داشته باشد.
در بسیاری از فولادها، افزایش سختی با افزایش استحکام همراه است؛ اما این ارتباط همیشه مستقیم و یکسان نیست. همچنین افزایش بیش از حد سختی ممکن است باعث کاهش چقرمگی و افزایش حساسیت قطعه به شکست ترد شود.
بنابراین، بهترین فولاد لزوما سخت ترین فولاد نیست. انتخاب درست زمانی انجام می شود که تعادل مناسبی میان سختی، استحکام، چقرمگی، مقاومت سایشی و شرایط کاری وجود داشته باشد.
سختی فولاد یکی از معیارهای مهم در طراحی، تولید و کنترل کیفیت قطعات صنعتی است. این ویژگی می تواند بر مقاومت در برابر سایش، پایداری ابعادی سطوح تحت تماس و طول عمر تجهیزات تاثیر بگذارد.
در صنایع مختلف، میزان سختی مورد نیاز فولاد با توجه به نوع بارگذاری، شرایط تماس، دمای کار و احتمال ایجاد ضربه تعیین می شود. به همین دلیل، انتخاب سختی مناسب نقش مهمی در کاهش خرابی قطعات و هزینه های نگهداری تجهیزات دارد.
از مهم ترین کاربردهای سختی فولاد در صنایع می توان به موارد زیر اشاره کرد:
صنعت خودروسازی: قطعاتی مانند چرخ دنده ها، میل بادامک، محورها و اجزای سیستم انتقال قدرت به سختی کنترل شده نیاز دارند. در بسیاری از این قطعات، سختی سطحی مناسب همراه با چقرمگی مغز می تواند به بهبود دوام و مقاومت در برابر فرسودگی کمک کند.
صنعت ابزارسازی: ابزارهای برشی، قالب ها، مته ها و تیغه ها معمولا از فولادهایی ساخته می شوند که توانایی دستیابی به سختی و مقاومت سایشی بالا را دارند. حفظ سختی در شرایط کاری مختلف برای عملکرد این ابزارها ضروری است.
صنعت ساختمان سازی: در سازه های فولادی، استحکام، شکل پذیری، چقرمگی و جوش پذیری معمولا معیارهای اصلی انتخاب فولاد هستند. با این حال، سختی می تواند در ارزیابی برخی ویژگی های مکانیکی و کنترل کیفیت محصولات فولادی نقش کمکی داشته باشد.
صنعت نفت، گاز و پتروشیمی: سختی فولاد در انتخاب و ارزیابی بعضی لوله ها، اتصالات، شیرآلات و تجهیزات تحت فشار اهمیت دارد. در برخی محیط های مستعد ترک خوردگی ناشی از هیدروژن یا سولفید هیدروژن، کنترل حداکثر سختی قطعات و نواحی جوش از نظر ایمنی اهمیت ویژه ای پیدا می کند.
صنعت معدن: تجهیزات خردایش، قطعات سنگ شکن، تیغه های معدنی و برخی اجزای ماشین آلات استخراج در معرض سایش شدید قرار دارند. استفاده از فولاد با سختی و چقرمگی مناسب می تواند به افزایش عمر این تجهیزات کمک کند.
صنعت ماشین سازی: در ساخت شفت ها، غلتک ها، یاتاقان های غلتشی و سایر قطعات تحت تماس، سختی مناسب یکی از عوامل موثر بر عملکرد قطعه است. انتخاب صحیح سختی می تواند احتمال ایجاد فرورفتگی و بعضی انواع آسیب سطحی را کاهش دهد.
در مجموع، اهمیت سختی فولاد تنها به افزایش مقاومت سطحی محدود نمی شود. این ویژگی در کنار سایر خواص مکانیکی، بر کیفیت محصول، هزینه تولید، قابلیت اطمینان و طول عمر تجهیزات تاثیر می گذارد.
به همین دلیل، هنگام انتخاب فولاد برای کاربردهای صنعتی باید علاوه بر مقدار سختی، ترکیب شیمیایی، روش تولید، شرایط عملیات حرارتی و نیازهای عملکردی قطعه نیز بررسی شود.
سوالات متداول
میزان کربن، عناصر آلیاژی، ساختار میکروسکوپی، عملیات حرارتی و تغییر شکل سرد از مهم ترین عوامل موثر بر سختی فولاد هستند. روش هایی مانند کوئنچ، کربن دهی، نیتراسیون و سخت کاری القایی نیز می توانند در فولادهای مناسب باعث افزایش سختی شوند
نمی توان یک گرید را در تمام شرایط سخت ترین نوع فولاد دانست. برخی فولادهای ابزار پرکربن و فولادهای تندبر پس از عملیات حرارتی مناسب به سختی بسیار بالایی می رسند. انتخاب آن ها به مقاومت سایشی، چقرمگی و شرایط کار بستگی دارد.
در بسیاری از شرایط، افزایش شدید سختی می تواند با کاهش چقرمگی همراه باشد، اما میزان این تغییر به ترکیب شیمیایی، ساختار فولاد و نوع عملیات حرارتی بستگی دارد. به همین دلیل، تنظیم تعادل میان سختی و چقرمگی اهمیت زیادی دارد.
در آزمون راکول، سختی بر اساس عمق نفوذ فرورونده اندازه گیری می شود، اما در آزمون برینل، قطر فرورفتگی ایجاد شده مبنای محاسبه است. آزمون راکول معمولا سریع تر است، در حالی که برینل برای بسیاری از قطعات ضخیم و برخی مواد با ساختار ناهمگن کاربرد مناسبی دارد.
